了解人类胰腺α细胞和β细胞的电活动是如何逐渐成熟的，对于构建具有完整功能的干细胞衍生（SC-）胰腺类器官以用于研究和治疗至关重要。
2026年2月19日，哈佛大学刘嘉团队在Science在线发表题为Implanted flexible electronics reveal principles of human islet cell electrical maturation的研究论文。
在人类胰腺类器官的器官形成过程中，研究人员植入了具有组织样、可拉伸特性的电子器件，从而实现了长达数月的单细胞分辨率电生理学研究。纵向单细胞追踪表明，激素反应性的提高反映了干细胞α和β细胞活动的增强，其低基线放电和高基线放电情况与能量和激素代谢基因的诱导有关。
每日代谢同步显示，昼夜激素分泌节律反映了SC-α和β细胞电特性的每日振荡，这与细胞间通讯和分泌基因网络的诱导有关，揭示了细胞水平上刺激耦合反应的昼夜协调。最后，该研究表明，通过植入的驱动器进行的电刺激能够增强SC-α和β细胞对葡萄糖的反应性。总之，该研究建立了一个生物电子框架，用于追踪和调节类器官的功能成熟过程。
源自人类多能干细胞的胰岛细胞（SC-胰岛细胞）在糖尿病研究和治疗方面具有巨大潜力，但其葡萄糖反应功能仍显不足。尽管已有多种策略促进了其成熟过程，但这些细胞在激素分泌的精确性和动态性方面仍无法达到原始胰岛细胞的水平。
这究竟是由于α和β细胞之间的协调不足，还是由于其内在的异质性所致，目前尚不清楚。要取得进展，就需要开发出能够解析单个细胞功能如何随着时间的推移在完整的三维（3D）组织中进行专业化和同步化的工具。
赛博胰腺类器官（Cyborg pancreatic organoids）能够持续记录完整胰腺组织单元内单个单元的细胞外脉冲活动。脉冲分类将脉冲分离并归类到各个细胞中，从而能够同时捕捉单个 SC-α 和 -β 细胞的电活动，这些活动因其对葡萄糖的特定反应而有所区别。
SC-α 细胞在低葡萄糖和高葡萄糖条件下产生更快的动作电位，这与胰高血糖素的分泌相一致，而 SC-β 细胞则呈现出相反的模式，这与胰岛素的释放相一致。药物干扰进一步验证了细胞类型特异性的电行为。原位电测序将这些电特征与转录定义的 SC-α 和 -β 细胞联系起来。
“赛博胰腺类器官”（图源自Science）
纵向追踪显示，SC-α 和 -β 细胞要么处于低基线放电电状态，要么处于高基线放电电状态，并且器官水平的激素反应性增加源于 SC-α 和 -β 细胞电活动的增加，它们同时处于低和高基线放电状态。
对日常代谢周期的同步调节进一步表明，昼夜节律中的激素分泌模式反映了 SC-α 和 -β 动作电位的放电频率和波形特征的同步波动。最后，植入的电刺激器能够实现电刺激，从而有选择性地增强 SC-α 和 -β 细胞对葡萄糖的刺激反应。
总之，赛博胰腺类器官为在完整三维组织中对α和β细胞在成熟过程中的电成熟情况进行连续、单细胞层面的追踪提供了一个平台，从而揭示了增强葡萄糖反应性和细胞同步性的机制。该平台有助于发现胰岛素分泌单元成熟过程中的调节因子，并为构建完全功能化、可调性的人类胰岛提供了途径，这将为糖尿病的疾病建模、药物发现和再生疗法等未来应用提供支持。
参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeb3295